学科青海大学医学院.docx

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学科青海大学医学院

学科

生物化学

专业

临床医学

年级

05级

教师

姓名

职称

课程类型

理论

章节学时

章节

名称

第一章蛋白质的结构与功能

教材版本

生物化学（北京大学医学出版社，童坦君主编）

一、教学目的与要求：

1、掌握：

蛋白质元素组成的特点，氨基酸的结构通式

蛋白质各级结构的概念、结构特点及其主要的化学键

蛋白质的理化性质

2、熟悉：

氨基酸的分类、三字英文缩写符号

肽、肽键与肽链的概念，多肽链的写法

生物活性肽的概念；肽单元概念

蛋白质的机构与功能的关系

3、了解：

几种重要的生物活性肽

多肽链中氨基酸序列分析的原理

蛋白质空间结构预测的原理和意义

二、教学重点与难点分析：

1、教学重点：

氨基酸的结构特点和理化性质

蛋白质的一级结构和空间结构

蛋白质的理化性质

2、教学难点：

蛋白质的结构与功能的关系：

一级结构决定空间结构，空间结构决定生物学功能

三、时间分配与教学方法：

1、教学内容时间分配

第一章蛋白质的结构与功能

第一节蛋白质的分子组成（60分钟）

第二节蛋白质的分子结构（110分钟）

第三节蛋白质结构与功能的关系（40分钟）

第四节蛋白质的理化性质及其分离纯化（45分钟）

小结（15分钟）

合计：

270分钟

2、教学方法

简述绪论，从生物化学的的教学地位、发展简史引入正文；

突出重点，分散难点，深入浅出，抓住关键；

语言表达、图文并茂的多媒体课件相结合，适当介绍相关的研究进展

在一些重点或关键处可适当板书，起到突出重点、引导学生思路从而更易掌握的作用；

课堂上多提问，与学生交流，调动他们的积极性，也可先设疑，在后续教学中引导学生寻找答案，做到深入浅出，逐层剥离。

四、授课内容：

一．蛋白质的分子组成

（一）．蛋白质的组成基本单位----氨基酸

R

1、氨基酸的结构特点：

人体内组成蛋白质的氨基酸均为L－α－氨基酸，共有20种。

L－α－氨基酸的通式

2、氨基酸的分类：

3、氨基酸的理化性质：

氨基酸属于两性电解质，因而具有两性解离的特点。

在某一pH溶液中，氨基酸解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，氨基酸所带的正电荷和负电荷相等，净电荷为零，此溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。

色氨酸和酪氨酸在280nm波长处有最大光吸收，而绝大多数蛋白质都含有色氨酸和酪氨酸，因此紫外吸收法是分析溶液中蛋白质含量的简便方法。

（二）．氨基酸的连接方式

1、两分子氨基酸脱去一分子水后形成的酰胺键称为肽键。

多肽链中肽键与α－碳原子形成一条主链骨架,氨基酸的侧链在此骨架上向外伸出,按规定,多肽链中氨基末端写在左侧,羧基末端写在肽链的右侧,如果把氨基酸序列标上数码,应以氨基末端的氨基酸为1号,从左向右顺序排列。

氨基酸通过肽键相连而成肽链，少于10个氨基酸的肽链称为寡肽，大于10个氨基酸的肽链称为多肽。

2、体内有许多生物活性肽。

例如谷胱甘肽，谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成的三肽,第一个肽键不是α－肽键而由谷氨酸γ－羧基与半胱氨酸的氨基组成,GSH的SH代表半胱氨酸残基上的疏基,是该化合物的主要功能基团。

功能：

1．解毒功能：

SH基团的嗜核性，能与外源的嗜电子毒物如致癌剂和药物等结合，从而避免这些毒物和DNA、RNA及蛋白质结合，以保护机体免遭毒物损害。

2．GSH是细胞内重要还原剂，它保护蛋白质分子中的SH基团免遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态。

3．GSH上的氢，在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下，能还原细胞内产生的H2O2，使其变成H2O，同时GSH成为氧化型即GSSG，后者又在谷胱甘肽还原酶催化下，再生成GSH。

因此，GSH是细胞内十分重要的还原剂。

二．蛋白质的分子结构

蛋白质的一级结构：

多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构，蛋白质一级结构中的主要化学键是肽键，有些蛋白质还包含二硫键。

蛋白质一级结构是高级结构的基础，但不是唯一决定因素。

（二）蛋白质的二级结构：

蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。

蛋白质二级结构包括α—螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。

维持蛋白质二级结构的化学键是氢键。

1．α-螺旋：

（1）多肽链的主链围绕中心轴呈有规律的螺旋式上升，螺旋的走向为顺时钟方向，即右手螺旋；

（2）氨基酸侧链伸向螺旋外侧；（3）每个肽键的亚氨基氢和第四个肽键的羰基氧形成氢键，依此类推，肽链中的全部肽键都形成氢键，以稳固α-螺旋结构；（4）每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm，所以每个氨基酸残基上升的高度为0.15nm。

2．β-折叠：

（1）多肽链充分伸展，每个肽单元以Cα为旋转点，依次折叠成锯齿结构；

（2）氨基酸侧链交替地位于锯齿状结构的上、下方；（3）两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，通过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键，从而稳固β-折叠结构；（4）肽链有顺式平行和反式平行两种。

3．β-转角：

（1）常发生于肽链180°回折时的转角上；

（2）通常有4个氨基酸残基组成，其第一个残基的羰基氧与第四个残基的亚氨基氢可形成氢键。

4．无规卷曲：

没有确定规律性的那部分肽链结构。

（三）蛋白质的三级结构：

整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。

蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键——疏水作用，离子键、氢键和Vanderwaals等。

一些蛋白质的三级结构可形成数个结构域，各结构域都有特殊的功能。

例如纤连蛋白每条多肽链含有6个结构域，分别与细胞，胶原，DNA，肝素等结合。

（四）蛋白质的四级结构：

有些蛋白质分子含有二条或多条肽链，才能完整地表达功能，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间分布，并以非共价链相连接，蛋白质分子中各亚基的空间分布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。

维系四级结构的作用力主要是疏水作用，氢键和离子键也参与维持四级结构。

并非所有蛋白质都有四级结构。

含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能。

三．蛋白质结构与功能的关系

（一）蛋白质一级结构与功能的关系：

以核糖核酸酶为例说明。

核糖核酸酶是由124个氨基酸残基组成的一条多肽链，有4对二硫键。

加入尿素（或盐酸胍，作用是破坏氢键）和β-巯基乙醇（可将二硫键还原成巯基，破坏二硫键），导致此酶的二、三级结构遭到破坏，酶活性丧失，但肽键不受影响，所以一级结构不变，采用透析去除尿素和β-巯基乙醇后，理论上二硫键的形成有105种方式，即正错配对率低于1%，而实验结果发现正确配对率为95%～100%。

证明空间构象遭到破坏的核糖核酸酶，只要其一级结构未被破坏，松散的多肽链可循其特定的氨基酸顺序，卷曲折叠成天然的空间构象，酶活性又逐渐恢复至原来水平。

再如镰刀型红细胞贫血。

镰刀型红细胞贫血发生的根本原因是血红蛋白的一级结构发生了差错，人血红蛋白β亚基的第6位氨基酸应该是谷氨酸，而在镰刀型贫血的血红蛋白中却是缬氨酸，本是水溶性的血红蛋白，就会聚集成丝，相互粘着，导致红细胞变形成镰刀状而极易破裂，产生贫血。

（二）蛋白质空间结构与功能的关系：

以血红蛋白为例说明。

Hb由2条α链和2条β链组成。

4个亚基间通过8个盐键，紧密结合形成亲水的球状蛋白。

未结合O2时，α1与β1，α2与β2呈对角排列，结构紧密，称紧张态（tensestate,T态），Hb与O2亲和力小，此时Fe2+半径比卟啉环中间的孔大，高出卟啉环0.075nm，当第1个O2与Fe2+结合后，Fe2+半径变小，进入卟啉环的孔中，引起F肽的微小的移动，影响附近肽段的构象，α1、α2间的盐键断裂，结合松弛，促进α2与O2结合，依此方式影响第三、四个亚基与O2结合。

随着与O2的结合，4个亚基间的盐键断裂，二、三、四级结构发生剧烈的变化，α2/β2相对α1/β1移动15°夹角，Hb结构变得松驰，称为松驰态（relaxedstate,R态），最后四个亚基全处于R态。

四．蛋白质的理化性质

（一）蛋白质的两性电离：

蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，侧链中某些基团在一定条件下可解离成带正电荷或负电荷的基团。

在某一pH溶液中，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，蛋白质所带的正电荷和负电荷相等，净电荷为零，此溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。

（二）蛋白质的胶体性质：

蛋白质分子颗粒大小在1—-100nm胶体范围之内。

1、维持蛋白质溶液稳定的因素有两个：

（1）水化膜：

蛋白质颗粒表面大多为亲水基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集，防止溶液中蛋白质的沉淀析出。

（2）同种电荷：

在pH≠pI的溶液中，蛋白质带有同种电荷。

pH>pI，蛋白质带负电荷；pH

同种电荷相互排斥，阻止蛋白质颗粒相互聚集，发生沉淀。

2、沉淀蛋白质的方法，常用的有：

（1）盐析法：

在蛋白质溶液中加入大量的硫酸铵，硫酸钠或氯化钠等中性盐，破坏蛋白质的水化膜和同种电荷，使蛋白质颗粒相互聚集，发生沉淀。

（2）丙酮沉淀法：

使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积，蛋白质被丙酮沉淀时，应立即分离，否则蛋白质会变性，除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。

（三）蛋白质的变性,复性和凝固：

在某些物理和化学因素（如加热，强酸，强碱，有机溶剂，重金属离子及生物碱等）作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。

变性的蛋白质易于沉淀，但是沉淀的蛋白质不一定变性。

变性的蛋白质，只要其一级结构仍完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也重现，这称为复性。

蛋白质在强酸，强碱溶液中发生变性后，仍能溶解于该溶液中。

若将pH调至蛋白质的等电点，变性蛋白质成絮状析出，若再加热，絮状物可形成比较坚固的凝块，这就是蛋白质的凝固作用。

（四）蛋白质的紫外吸收：

由于蛋白质分子中含有色氨酸和酪氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰，可作蛋白质定量测定。

（五）蛋白质的呈色反应：

有茚三酮反应，双缩脲反应等。

五、小结：

本章重点讲述了氨基酸的结构通式；氨基酸的分类；蛋白质一级、二级、三级、四级结构的概念及其主要的化学键；掌握二级结构的表现形式中α-螺旋、β-折叠的结构特点；蛋白质的理化性质：

两性电离、胶体性质、蛋白质变性的概念和意义、紫外吸收和呈色反应。

六、课外作业：

1.组成蛋白质的元素有哪几种？

哪一种为蛋白质分子中的特征性成分？

测其含量有何用途？

2.何谓蛋白质的两性解离？

利用此性质分离纯化蛋白质的常用方法有哪些？

3.试述蛋白质一级结构和二级结构的特点及稳定因素。

4.什么是蛋白质的变性作用？

举例说明实际工作中应用和避免蛋白质变性的例子。

七、教学体会：

1．对于本章的教学内容的重点、难点，学时分配比较科学，而且较好的遵循了认识发展的顺序进行教学，达到了“渐进”的目的。

2．教学方法设计合理，能突出本章重点内容，难点做到深入浅出，通过学生的反馈，其内容讲授已基本掌握。

3．本次内容的许多知识点能通过提问或设疑的形式提出，能很好调动学生的学习主动性和积极性，但谈话提出的问题应富有启发性。

4．利用挂图等教具有助于学生对讲课内容的理解，特别是以前学生难以理解的内容，通过多媒体的图象使抽象的内容具体化，使学生一目了然。

八、教材及教学对象：

1.教材：

《生物化学》童坦君主编北京大学医学出版社

2.教学对象：

五年制临床医学专业本科

九、参考资料：

1.《生物化学导论》著者：

TrudyMcKee，JamesR.McKee科学出版社

2.《分子生物学》著者：

RobertF.Weaver科学出版社

3.《生物技术导论》著者：

ColinRatledge,BjqrnKristiansen科学出版社

4.《生物化学》主编：

周爱儒人民卫生出版社，第六版

5.《生物化学》主编：

张遒蘅北京医科大学出版社,第二版

6.《生物化学》主编：

王镜岩高等教育出版社,第三版